Os buracos negros podem ficar grandes … muito grandes. Mas quão grande? É possível que eles tenham uma massa superior a um trilhão de vezes maior do que o sol. Isso é 10 vezes maior que o maior buraco negro conhecido até agora.
Mas poderiam esses monstros realmente existir em nosso universo? Uma equipe de pesquisadores elaborou um plano para ir caçá-los. E se eles existirem, eles podem nos ajudar a resolver os mistérios de como as primeiras estrelas apareceram no cosmos.
A demografia do escuro
Se você quiser fazer compras para buracos negros no universo, infelizmente, você só tem dois tamanhos básicos: meio pequeno e gigante. Sabe aquela sensação frustrante que você tem quando a loja online está fora do tamanho de sua camisa incrível? Bem-vindo à vida do caçador de buracos negros.
Os pequenos buracos negros, ou buracos negros de massa estelar, são mais massivos do que o nosso sol, mas não tanto. Como os buracos negros nascem da morte de estrelas massivas nos estágios finais de uma explosão de supernova titânica, e as estrelas massivas precisam ser tão grandes para se transformarem em supernovas completas, os menores buracos negros têm cerca de cinco vezes mais massa que nosso sol.
Por meio de fusões com outros buracos negros e alimentando-se lentamente de quaisquer pedaços perdidos de gás que vagueiam muito perto de suas bocas sempre famintas, esses buracos negros podem ficar maiores. Vimos evidências de buracos negros até quase 100 vezes a massa do sol.
Buracos negros de massa estelar são incrivelmente comuns no universo – provavelmente há milhões deles flutuando em torno da Via Láctea agora. Bastante inofensivo, a menos que você chegue muito perto. O mesmo é verdade para qualquer outra galáxia aleatória no universo: muitos e muitos pequenos buracos negros, que sobraram de todas aquelas grandes e lindas estrelas.
Mas os centros das galáxias hospedam algo ainda mais louco: buracos negros supermassivos. Temos um buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea e o chamamos de Sagitário A *. Tem uma massa cerca de 4 milhões de vezes a do sol. Como eu disse, super massivo. Essas bestas são facilmente mil vezes mais massivas do que seus primos de massa estelar.
Parece que quase todas as galáxias hospedam um buraco negro gigante em seu coração, com os maiores buracos negros já registrados, inclinando a escala em quase 100 bilhões de massas solares.
Os astrônomos há muito procuram por outliers: buracos negros menores que cinco massas solares ou entre buracos negros estelares e supermassivos. Mas um novo artigo, publicado em 18 de agosto no banco de dados de pré-impressão arXiv (ainda não revisado por pares), apresenta um tipo de questão completamente diferente: e se pegássemos os maiores buracos negros e aumentássemos para 11?
Como fazer algo estupendamente grande
Esta classe inteiramente nova de buracos negros tornaria os supermassivos anões. Esses “buracos negros estupendamente grandes” começariam com um trilhão de massas solares (10 vezes maiores do que o maior buraco negro conhecido atualmente) e poderiam ser ainda maiores.
Compreensivelmente, esses monstros entre monstros seriam raros. É difícil para o nosso universo fazer coisas grandes, porque você precisa colar um monte de material e fazer com que ele se estabeleça e fique parado, o que realmente não gosta de fazer.
Ainda assim, é teoricamente possível que essas feras existam. E se os encontrarmos, isso ajudaria a explicar quantos tipos de buracos negros se formam.
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O primeiro buraco negro apareceu quando o universo era muito jovem, com menos de um bilhão de anos. Ao longo das eras, eles se fundiram, se alimentaram e se tornaram buracos negros supermassivos e, possivelmente, buracos negros estupendamente grandes. Mas há um limite para a rapidez com que podem crescer. Para crescer por meio de fusões, eles realmente precisam encontrar e engolir outros buracos negros. Portanto, se não houver muitos outros buracos negros por aí, as fusões não acontecerão com muita frequência e isso não será um caminho viável para a grandeza.
Por outro lado, os buracos negros também podem crescer se alimentando de material. Mas conforme o material cai em direção ao horizonte de eventos (considerado o ponto sem retorno) de um buraco negro, ele se comprime e se aquece. Isso libera radiação, que sai das regiões centrais próximas a um buraco negro e evita que um novo gás caia no buraco negro. A complexa física de cair em um buraco negro estabelece um limite superior para a velocidade de alimentação dos buracos negros.
Os maiores buracos negros conhecidos são um desafio para o conhecimento astrofísico atual. É difícil conceber o cenário de fusões e alimentação de gás suficientes para transformar um pequeno buraco negro bebê no universo primitivo em monstros que espreitam nos núcleos galácticos.
Encontrar um buraco negro estupendamente grande nos forçaria a considerar novos caminhos para como os buracos negros nascem. Talvez o primeiro e maior buraco negro não tenha ocorrido com a morte de estrelas massivas. Talvez tenham se formado diretamente do colapso de nuvens de gás ou de processos exóticos no início do universo. Ou algo ainda mais estranho.
É por isso que a descoberta de um buraco negro estupendamente grande seria tão excitante: os teóricos esfregavam as mãos de alegria, prontos para inventar uma explicação para eles.
Procurando por monstros durante a noite
Mas como você realmente encontra um buraco negro gigante super-duper? O novo artigo de pesquisa dá algumas dicas de como ir caçar.
Por um lado, por causa de sua massa estupenda, os buracos negros estupendamente grandes (SLABs) podem realmente afetar a evolução gravitacional de suas galáxias nativas. Mesmo buracos negros supermassivos, por maiores que sejam, normalmente têm menos de 1% da massa de suas galáxias hospedeiras. Mas como os SLABs são maiores, eles podem começar a exercer uma influência gravitacional.
Por exemplo, com tanta gravidade comprimida no núcleo, as formas das galáxias podem ser distorcidas, ou a gravidade pode mudar a maneira como as fusões de galáxias acontecem. Assim, os SLABs poderiam explicar qualquer coisa de aparência estranha em imagens de galáxias.
E se os SLABs têm origens na física exótica do universo extremamente primitivo, então, à medida que povoam o cosmos e continuam a crescer para tamanhos estupendamente grandes, eles deixarão uma marca em seus arredores. Por exemplo, eles podem atrair tanta matéria que afetam o fundo cósmico de microondas, a luz restante de quando nosso universo se tornou transparente quando tinha apenas 380.000 anos de idade.
SLABs podem acumular tanta matéria, e ser tão bons em engolir qualquer coisa em sua vizinhança, que até mesmo a misteriosa matéria escura pode se acumular ao redor deles em uma espécie de halo. Se a matéria escura (seja lá o que for) interagir com ela mesma, pode emitir um tipo muito particular de radiação. Portanto, esses buracos negros supergigantes podem ser cercados por um halo de luz de alta energia gerada pela matéria escura. Até agora, não sabemos se SLABs existem, e todos os métodos acima apenas colocaram restrições sobre o quão grande eles poderiam ser. Dependendo da sua escolha de modelo de como os SLABs surgiram, nosso melhor palpite atual é que o maior buraco negro possível tem cerca de 10 ^ 19 massas solares, ou 10 bilhões de bilhões de vezes mais massivo que o sol. Qualquer coisa maior do que isso violaria o que já medimos no cosmos. Mas isso ainda deixa uma lacuna aberta de potencial SLABiness em nosso universo.
Publicado em 29/09/2020 10h51
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